F O R S C H U N G S B O G E N

Transkript

1 Jahrgangsstufe Biologie, Physik, Geographie Team: Schule und Klasse: F O R S C H U N G S B O G E N Herzlich willkommen im Bionicum! Natur als Vorbild für Technik. Das ist Bionik. Werde selbst zum Forscher und erkunde die erfindungsreiche und überraschende Welt der Bionik von großen und robusten Bauteilen bis hin in die winzigsten Bestandteile des Lebens, den Molekülen. Du erfährst von pfiffigen Ideen, Energie zu sparen und wie Evolution in Technik umgesetzt wird. Du wirst staunen Viel Spaß auf deiner Erforschungstour!

2 Das ist das Modell eines bionischen Hockers aus der Ausstellung. Wofür stehen die folgenden Begriffe und was sind ihre natürlichen Vorbilder? Welche Verfahren wurden für den Hocker benutzt? SKO = CAO = Vorbild: Vorbild: Ein Zugdreieck hilft Kerbspannungen zu entschärfen. Wie geht man dabei vor? Bring die Dreiecke in eine sinnvolle Reihenfolge.... Manchmal sind Sollbruchstellen, also Kerben, die gezielt nachgeben, auch sinnvoll. Im Gitterrätsel sind vier Beispiele für nützliche Sollbruchstellen versteckt. Finde mindestens zwei. Was ist das und was das Vorbild? Warum ist es sinnvoll, hier Material einzusparen? Marcus Milwich Richtig oder falsch? Der technische Schachtelhalm ist KEIN Verbundwerkstoff. richtig falsch Was ist ein Verbundwerkstoff? Alfred-Wegener-Institut Stabil und leicht. So baut die Natur

3 1 Seine feine Rillen auf den Schuppen sind Vorbild für die Schiff und Luftfahrt. 2 Welches Tier saugt Flüssigkeit aus dem Morgentau? 3 Ein Beinahe- Handstand ermöglicht es diesem Tier schnell viel Wasser zu trinken. 4 Mit Hilfe einer Art Taucherglocke kann dieses Tier auch unter Wasser atmen. Hinweis: Ä und Ü gelten als jeweils ein Buchstabe 5 Diese Zutat in der Sandfischhaut ist Ideengeber für kratzfeste Solaranlagenspiegel Wie viel Wasser kann mit dem neuartigen Nebelnetz des Instituts für Textil- und Verfahrenstechnik Denkendorf in Südafrika gewonnen werden? 3 Liter/Tag und Quadratmeter 55 Liter/Tag und Quadratmeter 66 Liter/Tag und Quadratmeter Die Entwickler haben sich die Idee für Nebelnetze aus der Natur abgeschaut. Was waren die Vorbilder? Aus dem Tierreich: Welchen Trick benutzt die Salvinia, um unter Wasser überleben zu können? Schau dir die Blätter auch unterm Mikroskop und auf der Exponattafel an. Die Härchen auf der Blattoberfläche sind komplett wasserabweisend Die Härchen auf der Blattoberfläche haben wasseranziehende Spitzen In welchen Bereich könnte diese Überlebenstechnik angewandt werden? aus dem Pflanzenreich: Die Haut macht s möglich

4 Wie von Zauberhand in Bestform Bienenwaben sind selbststrukturierend. Was versteht man darunter und was ist der Vorteil? Prüfe dazu auch die strukturierten Bleche. Welches ist das stabilste? Bienen müssen sich im Dunkeln verständigen können. Deswegen sind ihre Waben schwingungsselektiv. Was ist damit gemeint? Marianne Mayer - Fotolia.com sie verstärken alle Schwingungen sie dämpfen alle Schwingungen sie verstärken bestimmte Schwingungen und dämpfen andere. Bienenwaben sind Vorbilder für... Waschtrommeln Handyschalen Industriemesser Die Grafik zeigt, wie sich eine Liane reparieren kann, wenn ihre Außenhaut verletzt wird. Erkläre kurz, wie das funktioniert. Welche Produkte im Bionicum reparieren sich nach einem ähnlichen System? Tensairity-Brücken bionische Küchenmesser bionische Fahrradschläuche

5 Was lernt der Roboter von Mensch und Tier? Menschen und Tiere erfahren Ihre Umwelt über Sinnesorgane. Welche Sensoren hat der Roboter Nao fürs Sehen und Hören? Das Laufen auf zwei Beinen wird beschrieben als ständiges Vorwärtsfallen und Wieder-Auffangen. Der Mensch hat dafür starke Beinmuskeln und ein ausgeprägtes Gleichgewichtssystem. Welche Vor und Nachteile hat der zweibeinige Gang deiner Meinung nach? Vorteile: Nachteile: Es gibt Roboter mit Rädern oder mit 2, 4, 6, 8 Beinen. Was glaubst du? Was eignet sich am besten für die Fortbewegung.. Im unwegsamen Gelände? Auf der Straße? Was ist der Vorteil von Biorob der Firma Bionic Robotics? Tetra GmbH, Ilmenau, Dr. Andreas Karguth Bisherige Roboter wirken noch relativ unbeholfen bzw. können unter Umständen sogar gefährlich für den Menschen sein. Starre Materialen und schwere Elektromotoren sind dafür verantwortlich. Die Bionik kann bei der Entwicklung von Robotern unterstützen. Welche Möglichkeiten fallen dir ein?

6 Hell, schattig, gut gelüftet: Bionisch wohnen Was weißt du über Photosynthese? Bring die folgenden Begriffe in eine sinnvolle Ordnung: (Kohlendioxid Sauerstoff Traubenzucker Wasser Sonnenlicht Chlorophyll) Energiearme Stoffe mit Hilfe von energiereiche Stoffe Solarzellen, die die pflanzliche Photosynthese nachahmen, nennt man. Herkömmliche Solarzellen sind auf hochreines angewiesen. Dieses wird in den neuartigen Solarzellen durch ersetzt. Dabei schnitten bisher Farbstoffe am besten ab. Ein weiterer Vorteil ist, dass sie nicht unbedingt direkte Sonneneinstrahlung benötigen. Deshalb kann man sie auch gut an anbringen. Grätzelsolarzellen kann man z.b. mit Hibiskustee herstellen. Kannst du dir auch andere Zutaten neben Hibiskus vorstellen? yuuta - Fotolia.com Wie funktioniert eine Grätzelsolarzelle? Zeichne eine Grafik und erkläre kurz, was passiert.

7 Kleine Teilchen mit großer Wirkung 1 Woraus besteht Spinnenseide hauptsächlich? 2 In welchem Teil der Spinne wird der Spinnfaden hergestellt? Hinweis: Ü gilt als ein Buchstabe 3 Die Polynesier benutzen Spinnennetze zum 4 Wie heißt die künstliche Spinnenseide der Firma AMSilk (Vitrine)? 5 Bayreuther Forscher züchten Spinnenseide mithilfe von... Woraus besteht der Biomörtel bei Perlmutt? Protein und Chitin Kalk Welche Aussage stimmt? Perlmutt ist so stabil, weil es zu einem Großteil aus harten Kalk besteht. weil es aus vielen Schichten von Kalk besteht, der von Biomörtel zusammen gehalten wird. Jörg Hempel, CC creative Com- Wie schafft es der Gecko an der Decke zu laufen ohne herunterzufallen? Seine Füße funktionieren wie kleine Saugnäpfe und haften sich mit Unterdruck an die Decke Seine Füße haben sehr viele feine Haare, die elektrostatisch an der Decke haften. Svdmolen, wikicommons Welche physikalischen Kräfte sind dafür verantwortlich, dass der Gecko so gut an der Oberfläche haftet? Wie schafft er es, diese zu überwinden und seine Füße wieder zu lösen? Probiere dazu auch den Gecko-Tape-Stempel.

8 Pfiffig organisiert wie die Ameisen Hier sind bereits einige Ameisen verschiedene Wege auf der Suche nach Futter gelaufen und haben Duftspuren zwischen den einzelnen Punkten hinterlassen. Welcher Weg wird sich wohl durchsetzen? Was hilft den Ameisen bei der Weg- Optimierung zur Futtersuche? Was glaubst du? Bei welchen Organisationsabläufen in der Wirtschaft würde ein Ameisenalgorithmus helfen? Was sind evolutionäre Algorithmen und was ist das Vorbild? Das ist ein Beispiel dafür: Worum handelt es sich? _ Mittlerweile stecken evolutionäre Methoden in sehr vielen industriellen Produkten. Kreuze diejenigen an, bei denen du dir die Anwendung als sinnvoll vorstellen kannst. Winglets für Flugzeuge Kaffeemischungen Profile von Autoreifen Regeln für Teamarbeit in Unternehmen Ästhetische Wirkung von Musikstücken Was würdest du gerne mit solchen Methoden verbessern?

9 Zusammenfassung Finde das nebenstehende Foto in der Ausstellung. Es zeigt Patagonien, eine Landschaft in Südamerika. Einige Tierarten haben sich wohl verlaufen. Welche Tierarten kommen in diesem Lebensraum NICHT vor? Was denkst du? Warum ist es für Bioniker so wichtig, die Artenvielfalt zu erhalten? Was gefährdet deiner Meinung nach die Artenvielfalt? Zerstörung natürlicher Lebensräume Fortbewegung mit dem Fahrrad Monokulturen in der Landwirtschaft Klimaveränderung Zivilisationsmüll Einkaufen von regionalen/saisonalen Produkten Bejagung / Überfischung Umweltbewusste Lebensweise Was denkst du? Was kann für einen effektiven Schutz von Artenvielfalt noch getan werden? Nenne drei Maßnahmen.